論文の概要: Scalable and fault-tolerant preparation of encoded k-uniform states

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.14506v1
• Date: Tue, 18 Mar 2025 17:59:59 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-19 14:15:21.569473
• Title: Scalable and fault-tolerant preparation of encoded k-uniform states
• Title（参考訳）: エンコードされたk-ユニフォーム状態のスケーラブルで耐障害性
• Authors: Shayan Majidy, Dominik Hangleiter, Michael J. Gullans,
• Abstract要約: エンコードされた$k$-uniform状態を作成するためのスケーラブルでフォールトトレラントな手法を提案する。 このハイブリッドアプローチは、資源状態の準備のための完全な物理実装よりも優れていることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License:
• Abstract: $k$-uniform states are valuable resources in quantum information, enabling tasks such as teleportation, error correction, and accelerated quantum simulations. The practical realization of $k$-uniform states, at scale, faces major obstacles: verifying $k$-uniformity is as difficult as measuring code distances, and devising fault-tolerant preparation protocols further adds to the complexity. To address these challenges, we present a scalable, fault-tolerant method for preparing encoded $k$-uniform states, and we illustrate our approach using surface and color codes. We first present a technique to determine $k$-uniformity of stabilizer states directly from their stabilizer tableau. We then identify a family of Clifford circuits that ensures both fault tolerance and scalability in preparing these states. Building on the encoded $k$-uniform states, we introduce a hybrid physical-logical strategy that retains some of the error-protection benefits of logical qubits while lowering the overhead for implementing arbitrary gates compared to fully logical algorithms. We show that this hybrid approach can outperform fully physical implementations for resource-state preparation, as demonstrated by explicit constructions of $k$-uniform states.
• Abstract（参考訳）: $k$-uniform状態は、量子情報において貴重なリソースであり、テレポーテーション、エラー修正、加速量子シミュレーションなどのタスクを可能にする。 $k$-uniformityを検証することはコード距離を測定するのと同じくらい難しく、フォールトトレラントな準備プロトコルを考案することは複雑さをさらに増す。 これらの課題に対処するために、エンコードされた$k$-uniform状態を作成するためのスケーラブルでフォールトトレラントな方法を提案する。 まず、安定化器のテーブルーから直接安定化器状態の$k$-均一性を決定する手法を提案する。 次に、これらの状態を作成する際の耐障害性とスケーラビリティの両方を保証するクリフォード回路の族を同定する。 符号化された$k$-uniform状態に基づいて、論理量子ビットの誤り保護の利点を保ちつつ、完全論理アルゴリズムと比較して任意のゲートを実装するオーバーヘッドを下げる、ハイブリッド物理論理戦略を導入する。 このハイブリッドアプローチは、$k$-uniform状態の明示的な構成によって示されるように、資源状態の準備のための完全な物理的実装よりも優れていることを示す。

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